《胶囊内窥镜：物联网与传感器技术在人体医学中地》由会员分享，可在线阅读，更多相关《胶囊内窥镜：物联网与传感器技术在人体医学中地（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、胶囊内窥镜（一）：小型电子部件的集大成2010/09/01 00:00 嵌入在外径为11mm、长度为26mm的胶囊中的摄像模块、电池、LED、无线模块以及天线这是构成“胶囊内窥镜”的元件。胶囊内窥镜是一种只需像药物一样口服进去、便可一处不落地拍摄体内器官状况的医疗产品（图1）。其集中了各种小型电子部件的内部构造，甚至让人误认为是手机等小型消费类电子产品。 图1这是胶囊内窥镜的内部构造分别为基文影像公司及奥林巴斯医疗系统公司的小肠用胶囊内窥镜的构造模式图（基本构造）。外形尺寸均为外径11mm长度26mm，内部构造及构成部件也十分相似。基文影像公司的构造模式图，为本刊在该公司资料上附加说明而成。奥
2、林巴斯医疗系统公司的构造模式图，为本刊在该公司资料中追加采访信息后制作而成。（点击放大）对于胶囊内窥镜，医学专家给出了这样的评价注1）：“（胶囊内窥镜）与此前的医疗设备在性质和发展历史上完全不同。10年前还无法想像的事情，现在已经变成了眼前的现实，这令人感到吃惊”（日本独协医科大学校长寺野彰）。可以说，这正是最尖端的电子技术在医疗临床上带来革新的典型事例。 注1）日本独协医科大学的寺野，是在日本国内实施基文影像（Given Imaging）公司胶囊内窥镜临床实验的核心人物。 目前，胶囊内窥镜已被用于对患者的诊断。图1所示为小肠观察用胶囊，该产品作为胶囊内窥镜的首款产品被开发出来，并且在欧美率先
3、实现了实用化注2）。在实用化进程较为迟缓的日本国内，近年来这种胶囊内窥镜的批文相继颁发，已进入了实用阶段。继2007月4月以色列基文影像公司造的小肠用胶囊内窥镜取得了日本厚生劳动省的药事批文之后，2008年9月奥林巴斯医疗系统公司（Olympus Medical Systems）开发的产品也获得了批准。今后，患者接触到胶囊内窥镜的机会也将增加注3）。 注2）据胶囊内窥镜业内人士的介绍，利用胶囊内窥镜的医疗检查件数在全球已达到75万件以上。 注3）日本国内的胶囊内窥镜利用件数方面，“到2008年夏季达到了50006000件”（日本独协医科大学教授兼医疗信息中心主管、诊疗科消化系统内科的中村哲也）
4、。目前，基文影像公司及奥林巴斯医疗系统公司的小肠用胶囊内窥镜的治疗已经可以使用医疗保险支付。两者的保险偿还金额均为7万7200日元，技术使用费均为1万7000日元。在使用医疗保险的情况下接受检查时，患者只需负担上述费用的3成。 另一方面，如果将目光转向胶囊内窥镜的开发一线，就能看见一些着眼于将来的举措。目前，让现有的胶囊内窥镜“百尺竿头更进一步”、并力争制造出“新一代产品”的开发日渐活跃。 事实上，目前胶囊内窥镜的形态绝非“完成时”。虽然胶囊内窥镜已经带来了医疗的大革新，但其开发工作还刚刚开始，还拥有更进一步发展的可能性（图2）。 图2 胶囊内窥镜处在技术进步的过程中目前，胶囊内窥镜的开发刚刚
5、开始，今后还将不断发展。最终目标是像科幻电影“神奇旅程”那样，达到“将医师装入胶囊”的水平。如果用电话的发展来打比方，那么目前的胶囊内窥镜或许处在与“只能通话”的手机相同的阶段。（点击放大）医疗临床上也出现了要求胶囊内窥镜进一步升级换代的呼声。例如，以医师为中心、于2008年1月启动的“日本胶囊内窥镜研究会”在推进胶囊内窥镜诊断的研究、力争使其普及的同时，还将“提出新一代胶囊内窥镜的创意”（担任该研究会总发起人的日本独协医科大学的寺野）作为研究的目标。这是对胶囊内窥镜寄予期望的一种表现。 立足于来自临床的要求，胶囊内窥镜在发展过程中可能演变成的多种形态。然而，胶囊内窥镜研发的最终目标却极其简单
6、明了。比如“将医师装进胶囊里”。1966年，一部名为神奇旅程（Fantastic Voyage）”的电影公映。这部科幻作品讲述的是为了挽救一位突发颅内出血的要人的性命，搭载了医疗小组的潜艇变小，进入到人体内的故事。毫无疑问，将这种梦想变成现实就是研发的最终目标。 与此形成对照的是，目前的胶囊内窥镜归根到底还仅限于“看”这一观察功能。如果能在此基础上融合多种最尖端的电子技术，例如增加“可自由运动”“可投喂药物”“可采集组织”等功能，就能大大接近梦想中的最终目标。目前，这方面的开发已开始出现注4）。 注4）在日本文部科学省发起的城市区产学研合作促进业务的“琵琶湖南部区域”，以2020年制造出产品为
7、目标，可一边在体内移动一边进行诊断及治疗的“微型体内机器人”的研究开发正在进行。 从某个侧面来看，胶囊内窥镜的发展似乎可以手机的发展来做比喻（图2）。目前的胶囊内窥镜可以说处于仅限于通话功能的初期阶段。与手机近年来在大体相同的尺寸中嵌入了摄像头、电子货币以及单波段电视等功能一样，胶囊内窥镜也将逐步在有限的尺寸中嵌入更多的功能。与手机一样，以各种电子部件的小型化为代表，具有新功能的传感器、LSI及机构部件等的开发，低耗电化技术、电池技术及高密度封装技术之类电子技术的支持将不可或缺。胶囊内窥镜（二）：最初创意源于军事技术2010/09/02 00:00 在具体探讨新一代胶囊内窥镜方面的举措之前，让
8、我们首先来了解一下胶囊内窥镜的开发历史、功能及设计等内容。 胶囊内窥镜的历史并不长。在距今8年前的2000年5月，在美国圣地亚哥（San Diego）举办的消化系统相关医学学会上，基文影像公司发表了利用胶囊内窥镜进行的动物实验结果。同时，该实验结果还刊登在杂志Nature上。这是全球首次公布（表1）。“世界要改变了”。日本独协医科大学的寺野这样回忆当时看到这篇文章时所感到的震撼。 表1与基文影像公司及奥林巴斯医疗系统公司的小肠用胶囊内窥镜有关的主要事件（点击放大）基文影像公司是1998年设立的、开发胶囊内窥镜的公司。该公司原本不是一家从事医疗设备业务的厂商，而且当初开发胶囊内窥镜的目的也不在于
9、医疗设备。其目的其实是“军事技术”。 一位在以色列国防部的军事技术研究机构参与相机制导导弹开发的技术人员，偶然遇到了一位消化系内科医生，由此促成了胶囊内窥镜的开发。据说两人在探讨过程中，逐渐得出了这样的创意：“如果喝下像相机制导导弹那样的东西，不就能将消化器官拍成图像吗？”。根据这个创意通过反复研究及实验，最终终于成立了基文影像公司，这就是胶囊内窥镜的开发的原委。医疗领域的人士之所以会因胶囊内窥镜的面世而受到冲击，也许是因为该产品是一个来自完全不同领域，拥有一个“出人意料的视角”的缘故。 照亮“黑暗的世界” 从“偶然”的契机发展到实用化的胶囊内窥镜，事实上无论对患者、还是对医师都带来了巨大冲击
10、（图3）。 图3 给患者及医师都带来冲击的胶囊内窥镜只需吞下胶囊、就能将小肠状况拍成图像的胶囊内窥镜，无论对患者、还是对医师带来的冲击都相当大。对患者而言，像老式内窥镜及剖腹手术那样的负担大为减少。而对医师而言，胶囊内窥镜会带来许多未知的信息。这是因为，小肠在医学上还是一块被称为“黑暗世界”的未知领域。（点击放大）图4 胶囊内窥镜检查的实际状况图为采用胶囊内窥镜的医疗检查的大概顺序示例。除了胶囊内窥镜之外，检查时还要使用旨在进行胶囊内窥镜投放前的动作确认的观察器（Viewer）、接收来自胶囊内窥镜的图像数据的天线单元及接收装置、以及对取得的图像数据进行分析的工作站。带有标志的项目可根据需要实施
11、。检查的顺序是参照胶囊内窥镜彩色图谱（诊断与治疗社、2007年10月）制作而成。（点击放大）对患者而言最大的好处在于，只需吞下胶囊即可，检查时的痛苦极小。如果说起以前的内窥镜检查，不仅必需使用抗痉挛药及镇静剂等，有时还必需住院。患者肉体上及精神上的痛苦相当大。如果需要进行剖腹，那就更加痛苦。与此不同，如果利用已实用化了的小肠用胶囊内窥镜，吞服胶囊后过大约8个小时，拍摄即可结束（图4）。胶囊在体内移动的这段时间里，患者可以像平时生活那样活动。完成了观察任务的胶囊，在排便时会被排出体外。另外，胶囊为一次性产品。 在医疗科学方面，胶囊内窥镜也带来了巨大冲击。作为现有胶囊内窥镜的观察对象的小肠，处在距
12、离口及肛门都很远的位置，其形状也十分复杂，因此，此前一直被认为是难以进行内部观察的器官。甚至被称为是“黑暗世界”。然而，随着胶囊内窥镜的面世，小肠的状况真相大白，据说此前无从得知的多种疾病也开始为人所了解注5）。（未完待续，记者：小谷 卓也） 注5）除了胶囊内窥镜之外，近年来名为“气囊内窥镜”的、可进行小肠观察的内窥镜的面世，对于认识未知疾病也作出了很大贡献。“此前普遍认为小肠很少生病。然而，这只不过是研究不够而已”，多名业内人士异口同声地这样表示。 胶囊内窥镜（三）：配备特殊的氧化银钮扣电池2010/09/03 00:00 给多个领域带来冲击的胶囊内窥镜，到底拥有怎样的设计呢？下面，就对在日
13、本获得批文的基文影像公司及奥林巴斯医疗系统公司的小肠用胶囊内窥镜，从形状、驱动、数据发送及摄像头等方面逐一进行分析。 如图1所示，在形状方面二者极为相似。就产品外径为11mm这一点，两家公司均表示，“小肠的直径约为30mm，因此，这个外径对小肠而言是最佳尺寸”。摄像头设在胶囊的一端。“为了使胶囊在肠道内行进时摄像头一侧处于前端，我们在重心平衡方面花费了心血”（基文影像日本公司常务董事兼药事质量保证部部长龟井智成）。 图1这是胶囊内窥镜的内部构造分别为基文影像公司及奥林巴斯医疗系统公司的小肠用胶囊内窥镜的构造模式图（基本构造）。外形尺寸均为外径11mm长度26mm，内部构造及构成部件也十分相似。
14、基文影像公司的构造模式图，为本刊在该公司资料上附加说明而成。奥林巴斯医疗系统公司的构造模式图，为本刊在该公司资料中追加采访信息后制作而成。（点击放大）驱动方面，由于胶囊是借助肠道的蠕动运动*在消化器官内行进的，因此，没有配备马达等驱动动力源。从吞下胶囊后到完全通过小肠为止的时间约为8小时，内置的氧化银钮扣电池的容量（驱动时间）也与该时间相匹配。“由于需要消耗普通钮扣电池无法供给的数mA大电流，因此，胶囊中配备了特殊规格的电池”（奥林巴斯医疗系统公司第1开发本部摄像技术开发部长笹川克义）。 *蠕动运动在动物的消化器官中，借助肌肉的收缩将管内的物质沿一定方向推进的运动。 数据发送采用无线方式。所拍
15、摄图像的数据依次通过贴在患者体外的天线单元以无线方式被发送出去，并存储在与天线单元相连的接收装置中。上述两款产品平均每秒均可拍摄2枚图像。对一个人检查一次所拍摄的图像数据总容量可达到数GB。 摄像头方面，基文影像公司采用CMOS传感器，奥林巴斯医疗系统公司采用CCD（表2）。为了拍摄黑暗的器官内部，当驱动胶囊前进时，作为照明，LED灯会亮起。另外，奥林巴斯医疗系统公司的胶囊具备自动调光功能。这是为了根据器官内部的亮度来调整CCD的增益。CCD会对周围的亮度进行监测，并自行控制以便拍出最佳图像。医疗业内人士这样评价道：“奥林巴斯造的胶囊内窥镜的图像鲜明，即使与以往内窥镜的图像相比也毫不逊色”。针对这种情况，基文影像公司目前也在开发具备自动调光功能的“改进型”胶囊内窥镜，并且已在海外投入临床使用注6）。（未完待续，记者：小谷 卓也） 注6）2007年5月取得了美国FDA（食品及药品管理局）的批文。 表2基文影像公司与奥林巴斯医疗系统公司的小肠用胶囊内窥镜主要性能指标对比（点击放大）胶囊内窥镜（四）：新一代产品频频试制，关键技术相继涌现2010/09/06 00:00 图5 胶囊内窥镜的发展方向今后，胶囊内窥镜将大致朝5个方向发展。即：可观察小肠以外的器官，可从外部任意驱
